現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置的研制

高惠新　周剛　尚浩志　徐偉　虞嶸

摘要：為了解決當(dāng)前條件下高壓試驗(yàn)放電棒及其附屬試驗(yàn)線檢測周期長以及安全存放難的問題，研制出了現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置。該裝置由放電棒放置區(qū)域、試驗(yàn)線放置區(qū)域、試驗(yàn)夾和試驗(yàn)插片放置區(qū)域以及檢測裝置四個(gè)部分組成，放電棒的高壓端和接地金屬端通過U型金屬卡槽與檢測裝置相連，通過對其電阻的測量，實(shí)現(xiàn)放電棒的狀態(tài)檢測；檢測裝置上的五組試驗(yàn)端子與試驗(yàn)線相連，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)五組試驗(yàn)線的狀態(tài)檢測。實(shí)際應(yīng)用表明，本文研制的現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置使用方便，可在工作現(xiàn)場對放電棒及試驗(yàn)線狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，同時(shí)實(shí)現(xiàn)放電棒及其試驗(yàn)線的安全存放。

關(guān)鍵詞：放電棒；試驗(yàn)線；狀態(tài)檢測

引言

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，作為電力系統(tǒng)的重要一環(huán)，變電所內(nèi)的設(shè)備數(shù)量種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。根據(jù)我國電力安全生產(chǎn)規(guī)程規(guī)定，為了保證電力系統(tǒng)設(shè)備高壓試驗(yàn)時(shí)工作人員的安全，須在試驗(yàn)接線前或在試驗(yàn)過程中需要拆除或更改被試設(shè)備上的試驗(yàn)接線之前，采用高壓試驗(yàn)專用放電棒對被試設(shè)備進(jìn)行可靠放電并接地[1]。因此，高壓試驗(yàn)放電棒及其試驗(yàn)線質(zhì)量是否完好，工作是否可靠，對于保證高壓試驗(yàn)中人身和電網(wǎng)設(shè)備的安全具有現(xiàn)實(shí)的重要意義。

一、、現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置的研制概述

現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置由放電棒放置區(qū)域、試驗(yàn)線放置區(qū)域、試驗(yàn)夾和試驗(yàn)插片放置區(qū)域以及檢測裝置放置區(qū)域組成。各區(qū)域之間由鋁合金板隔斷，鋁合金板外緊敷一層高密度海綿。放電棒放置區(qū)域內(nèi)放置兩根10kV放電棒，放電棒的高壓和接地金屬端分別卡接在U型金屬卡槽中，防止在搬運(yùn)過程中放電棒在箱體內(nèi)移動(dòng)撞擊而損壞。

現(xiàn)場放電棒電及試驗(yàn)線檢測裝置是針對放電棒放電端高壓電阻及其試驗(yàn)線通斷情況進(jìn)行測試的綜合檢測儀器。檢測裝置面板上有五組試驗(yàn)端子，可以同時(shí)檢測5個(gè)通道試驗(yàn)線的通斷狀態(tài)；通過U型金屬卡槽與放電棒相連，可測量放電棒的高壓電阻。當(dāng)檢測裝置測得的放電棒及試驗(yàn)線的電阻超過設(shè)定閥值時(shí)，檢測裝置便通過內(nèi)置ARM控制器中的聲光報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警[2]，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患。同時(shí)，該裝置內(nèi)置電池，并帶有電池剩余量顯示功能，在電量不足時(shí)，能及時(shí)提示對裝置進(jìn)行充電。在無需外置電源的情況下，該裝置也可以方便、準(zhǔn)確的對放電棒及其試驗(yàn)線狀態(tài)進(jìn)行檢測。

二、、硬件設(shè)計(jì)

（一）原理框圖

檢測裝置由顯示屏、按鍵、電阻測量電路組成，并內(nèi)置有12V可充電電源；所述12V可充電電源通過限流恒壓源輸出測試電流，并經(jīng)電流采樣電阻自動(dòng)切換機(jī)構(gòu)連接于測量通道。測量通道總共有五路，分別對應(yīng)于檢測裝置面板上的五組輸出端子。電阻測量電路包括接收電路采集到的電壓和電流信號(hào)[6]并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行信號(hào)處理的ARM控制器。

（二）電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊由充電接口、充電電池以及輔助電源組成。正常情況下，由額定電壓為3.7V的鋰電池給輔助電源供電，在電量不足時(shí)可通過充電接口進(jìn)行充電，以保證系統(tǒng)的正常供電。

裝置內(nèi)置鋰電池的額定電壓為3.7V，充滿時(shí)為4.2V，而系統(tǒng)內(nèi)部電路的工作電壓為3.3V，因此必須通過輔助電源進(jìn)行降壓穩(wěn)壓。電池電壓+12B經(jīng)面板開關(guān)供給電路板，Q1、R8、E4、R9、Q2、R11、R12組成軟開關(guān)，當(dāng)檢測到電池電壓過低時(shí)，由主控制器將PWON信號(hào)拉高，起到自動(dòng)斷電作用。后級(jí)由U2-LM2576和U3-1117兩個(gè)穩(wěn)壓模塊，分別產(chǎn)生+5V和+3.3V的輔助電源，供給電路中的元器件工作。

（三）電壓電流信號(hào)采樣通道

電壓電流信號(hào)采樣通道是：采樣到的電壓、電流信號(hào)，經(jīng)過差分運(yùn)放AD8253，輸出至串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7799，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過SPI串行接口傳送至主控制器進(jìn)行計(jì)算和處理。

（四）ARM控制器

主控制器選用STM32F103VBT6，該控制器是高性能32位ARM處理器，工作在72MHz高速主頻下，功能強(qiáng)大，而且成本低廉，非常適用于各種復(fù)雜控制的應(yīng)用中。

（五）電流輸出回路

+12V電壓，經(jīng)K2、K4、K6、K7、K8繼電器將面板的5個(gè)測試通道分別接入測量回路，由Q3、R22、R23、R24、D6組成的限流電路，將輸出電流限制在0.5A以內(nèi)。繼電器K1、K3、K5切換了1Ω、100Ω、10kΩ三檔電流采樣電阻，以適應(yīng)不同的負(fù)載情況，保證測試精度。

三、、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)開機(jī)后，首先進(jìn)行相關(guān)初始化工作，在這完成后，系統(tǒng)顯示總菜單，進(jìn)入按鍵掃描程序，等待進(jìn)一步操作。點(diǎn)擊菜單進(jìn)行測量時(shí)，首先開啟電源輸出，再測量通道電壓、電流信號(hào)，再計(jì)算回路阻值，再依次切換通道，將每一個(gè)通道的回路阻值進(jìn)行測量，最終在顯示屏顯示各通道的回路電阻值，并與設(shè)置的電阻閥值進(jìn)行比較，當(dāng)阻值超限時(shí)，裝置發(fā)出聲光提示。

四、、結(jié)論

針對目前電力系統(tǒng)中高壓試驗(yàn)放電棒及其附屬試驗(yàn)線存在的問題，研制出了現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置，本文從硬件、軟件和裝置實(shí)物三個(gè)方面對裝置進(jìn)行了介紹，得到以下結(jié)論：

（一）本文介紹的現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置，可實(shí)現(xiàn)放電棒的安全存放，規(guī)范了高壓試驗(yàn)放電棒及其試驗(yàn)線的管理，避免了一些不必要的設(shè)備損耗，延長了其使用壽命，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）本文介紹的現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置，解決了當(dāng)前條件下高壓試驗(yàn)放電棒及其試驗(yàn)線檢測周期長，不能在使用前對其設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的問題，消除了設(shè)備安全隱患，提高了高壓試驗(yàn)的安全性。

（三）在實(shí)際應(yīng)用中，本文介紹的現(xiàn)場放電棒及試驗(yàn)線檢測裝置，切實(shí)可行，這對于保障人身和電網(wǎng)設(shè)備安全以及減少電網(wǎng)運(yùn)行成本具有重要的積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張懷宇，朱松林，張揚(yáng).輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修體系研究與實(shí)施[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33 （13） ：70-73.

[2] 孫張建，夏楊，丁西春.接地線聲光報(bào)警裝置的研制與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2013 （28） ：69.